GaN基光伏型MSM結(jié)構(gòu)紫外探測器研究.pdf

1、GaN基金屬-半導(dǎo)體-金屬（MSM）結(jié)構(gòu)的紫外探測器因其平面型、工藝簡單、便于集成等優(yōu)點成為GaN紫外探測器（UVPD）研究的熱門課題之一。本文針對基于GaN材料的金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)型紫外探測器的設(shè)計，在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)之上，利用SILVACO軟件中的ATLAS模塊對其進行了模擬仿真，獲得了該器件的暗電流與穩(wěn)態(tài)光照下光電流的I-V特性曲線。本文著重研究了探測器不對稱電極結(jié)構(gòu)、勢壘增強層以及光增益現(xiàn)象。
　　首先，研究了具有不

2、對稱功函數(shù)電極結(jié)構(gòu)的MSM型探測器對于暗電流的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，不對稱結(jié)構(gòu)探測器對于暗電流有明顯的抑制作用，并且不會以犧牲光電流為代價。通過引入歸一化的光電流與暗電流的比值(NPDR),在20V的偏壓下，不對稱結(jié)構(gòu)Au-GaN-Ni MSM-PD的NPDR最高，為105μW-1，大約比Ni-GaN-Ni對稱結(jié)構(gòu)的MSM-PD高兩個數(shù)量級。類似的，對具有不對稱接觸面積電極的MSM型探測器進行了研究，在20V的偏壓下，對于總的電極接觸長度

3、和指間距相同的探測器，隨著不對稱程度的增加，暗電流下降大約3倍。隨著電極不對稱程度的加劇，對于暗電流的抑制作用更加明顯。由于電極間距保持不變，所以光電流特性受到影響很小。
　　然后，研究了具有勢壘增強層探測器的電流特性。研究發(fā)現(xiàn)，勢壘增強p-GaN的載流子濃度為1.0×1017cm-3，厚度為100nm時，在10V偏壓下，暗電流為1.122×10-13A，而普通結(jié)構(gòu)器件暗電流為7.721×10-12A。進一步的優(yōu)化勢壘增強p-Ga

4、N層發(fā)現(xiàn)，對于濃度較高的勢壘增強p-GaN層，只需要很薄的一層就能顯著增加肖特基勢壘高度；對于濃度較低的勢壘增強p-GaN層，則需要適當(dāng)增加厚度以彌補載流子濃度的不足，才能較好增加肖特基勢壘高度，從而減小暗電流。
　　最后，研究了探測器的增益現(xiàn)象。本文通過求解一維電流連續(xù)方程和傳輸方程，同時考慮GaN材料中陷阱的作用，建立了探測器在穩(wěn)態(tài)光照下的I-V關(guān)系解析模型。該模型解釋了在光照下電流與響應(yīng)度隨偏壓變化的原因，利用該模型推導(dǎo)了穩(wěn)